互換性與技術(shù)測(cè)量基礎(chǔ)教案及講義?一、課程目標(biāo)1.理解互換性的概念、作用和分類(lèi)，掌握尺寸公差、形狀公差、位置公差等基本術(shù)語(yǔ)和定義。2.熟悉光滑圓柱體尺寸的檢測(cè)方法，能夠正確使用量具進(jìn)行測(cè)量。3.掌握形狀誤差、位置誤差的評(píng)定方法，理解公差原則的含義。4.了解表面粗糙度的概念、評(píng)定參數(shù)及測(cè)量方法，能根據(jù)零件功能要求合理選用表面粗糙度參數(shù)。5.掌握尺寸鏈的基本概念、計(jì)算方法，能夠運(yùn)用尺寸鏈原理解決實(shí)際問(wèn)題。6.培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。二、教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排（一）互換性概述（2學(xué)時(shí)）1.互換性的概念定義：同一規(guī)格的一批零件或部件，任取其一，不需任何挑選、調(diào)整或修配，就能裝在機(jī)器上，并能滿(mǎn)足其使用功能要求的特性。舉例說(shuō)明互換性在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。2.互換性的作用提高生產(chǎn)效率，降低成本。便于組織專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。便于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、使用和維修。3.互換性的分類(lèi)按互換程度分：完全互換和不完全互換。按互換范圍分：外互換和內(nèi)互換。（二）尺寸公差與配合（6學(xué)時(shí)）1.尺寸術(shù)語(yǔ)及定義基本尺寸、實(shí)際尺寸、極限尺寸。尺寸偏差、尺寸公差、極限偏差。零線(xiàn)、公差帶圖。2.標(biāo)準(zhǔn)公差系列標(biāo)準(zhǔn)公差的定義和數(shù)值。公差等級(jí)的劃分及應(yīng)用。3.基本偏差系列基本偏差的定義和代號(hào)。孔、軸基本偏差數(shù)值表的查閱。4.配合的概念配合的定義、分類(lèi)（間隙配合、過(guò)盈配合、過(guò)渡配合）。配合公差的計(jì)算。5.基準(zhǔn)制基孔制和基軸制的定義。基準(zhǔn)制的選擇原則。（三）形狀和位置公差（4學(xué)時(shí)）1.形狀公差形狀公差的定義和項(xiàng)目（直線(xiàn)度、平面度、圓度、圓柱度等）。形狀公差帶的形狀、大小和方向。2.位置公差位置公差的定義和項(xiàng)目（定向公差、定位公差、跳動(dòng)公差）。位置公差帶的形狀、大小、方向和位置。3.公差原則獨(dú)立原則。包容要求、最大實(shí)體要求、最小實(shí)體要求。（四）表面粗糙度（4學(xué)時(shí)）1.表面粗糙度的概念定義：加工表面具有的較小間距和微小不平度。表面粗糙度對(duì)零件使用性能的影響。2.表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)輪廓算術(shù)平均偏差Ra。微觀不平度十點(diǎn)高度Rz。輪廓最大高度Ry。3.表面粗糙度的標(biāo)注方法標(biāo)注示例及含義。4.表面粗糙度的測(cè)量方法比較法、光切法、干涉法、針描法等。（五）尺寸鏈（4學(xué)時(shí)）1.尺寸鏈的概念定義：在機(jī)器裝配或零件加工過(guò)程中，由相互連接的尺寸形成的封閉尺寸組。尺寸鏈的分類(lèi)（裝配尺寸鏈、零件尺寸鏈、工藝尺寸鏈）。2.尺寸鏈的計(jì)算方法極值法：基本尺寸的計(jì)算、公差的計(jì)算。概率法：尺寸鏈各組成環(huán)公差的計(jì)算。3.尺寸鏈的應(yīng)用裝配尺寸鏈的計(jì)算與分析。工藝尺寸鏈的計(jì)算與應(yīng)用。三、教學(xué)方法1.課堂講授：系統(tǒng)講解課程的基本概念、原理和方法，確保學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)。2.多媒體教學(xué)：利用圖片、動(dòng)畫(huà)、視頻等多媒體資源，直觀展示教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生理解抽象的概念。3.案例分析：通過(guò)實(shí)際案例分析，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。4.實(shí)驗(yàn)教學(xué)：安排實(shí)驗(yàn)課程，讓學(xué)生親自動(dòng)手操作量具進(jìn)行測(cè)量，加深對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。5.小組討論：組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新思維。四、考核方式1.平時(shí)成績(jī)（40%）考勤（10%）：按時(shí)上課，無(wú)遲到、早退、曠課現(xiàn)象。作業(yè)（20%）：認(rèn)真完成課后作業(yè)，及時(shí)交作業(yè)，作業(yè)質(zhì)量高。課堂表現(xiàn)（10%）：積極參與課堂討論，回答問(wèn)題正確，遵守課堂紀(jì)律。2.期末考試成績(jī)（60%）：采用閉卷考試形式，考核學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握程度。五、講義內(nèi)容（一）互換性概述1.互換性的概念互換性是現(xiàn)代化大生產(chǎn)中重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則。例如，汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)上的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等零部件，都是按照一定的規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)制造的，任意一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)都可以與同一型號(hào)的變速器互換，不需要進(jìn)行額外的調(diào)整或修配，就能順利組裝成一輛完整的汽車(chē)。這就是互換性在工業(yè)生產(chǎn)中的體現(xiàn)。2.互換性的作用提高生產(chǎn)效率：由于零件具有互換性，生產(chǎn)過(guò)程可以采用專(zhuān)業(yè)化分工和流水作業(yè)的方式。例如，汽車(chē)制造企業(yè)可以將發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、車(chē)身等零部件分別由不同的專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家生產(chǎn)，然后在總裝線(xiàn)上進(jìn)行快速組裝，大大提高了生產(chǎn)效率。降低成本：專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)使得生產(chǎn)設(shè)備和工藝更加先進(jìn)，生產(chǎn)批量增大，從而降低了生產(chǎn)成本。比如，生產(chǎn)同一種規(guī)格的螺栓，采用專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)可以使用高精度的模具和自動(dòng)化設(shè)備，生產(chǎn)效率大幅提高，單位成本降低。便于組織專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)：各企業(yè)可以根據(jù)自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)某一類(lèi)或某幾類(lèi)零部件，形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)。例如，一些企業(yè)專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)軸承，一些企業(yè)專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)齒輪，這些專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)的企業(yè)能夠不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。便于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、使用和維修：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)互換性原則選擇標(biāo)準(zhǔn)零部件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程。在制造過(guò)程中，工人只需按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加工，保證產(chǎn)品質(zhì)量。在使用和維修時(shí)，用戶(hù)可以方便地更換損壞的零部件，降低維修成本和時(shí)間。例如，自行車(chē)的鏈條、輪胎等零部件損壞后，很容易購(gòu)買(mǎi)到相同規(guī)格的配件進(jìn)行更換。3.互換性的分類(lèi)按互換程度分完全互換：一批零件或部件在裝配或更換時(shí)，不需要挑選、調(diào)整或修配，就能滿(mǎn)足預(yù)定的使用要求。例如，普通機(jī)械中的標(biāo)準(zhǔn)件，如螺栓、螺母、墊圈等，都采用完全互換。不完全互換：當(dāng)裝配精度要求很高時(shí)，采用完全互換會(huì)使零件的加工精度要求過(guò)高，成本增加。此時(shí)可采用不完全互換，即把零件的加工公差適當(dāng)放大，然后通過(guò)分組裝配或調(diào)整等方法來(lái)保證裝配精度。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞與氣缸之間的配合，采用不完全互換可以在保證裝配精度的前提下，降低生產(chǎn)成本。按互換范圍分外互換：指零部件與其他零部件之間的互換性。例如，軸與軸承的配合、齒輪與軸的配合等。內(nèi)互換：指零部件內(nèi)部各組成部分之間的互換性。例如，滾動(dòng)軸承內(nèi)圈、外圈與滾動(dòng)體之間的互換。（二）尺寸公差與配合1.尺寸術(shù)語(yǔ)及定義基本尺寸：設(shè)計(jì)給定的尺寸，它是計(jì)算極限尺寸和偏差的起始尺寸。例如，設(shè)計(jì)要求某軸的直徑為50mm，這個(gè)50mm就是基本尺寸。實(shí)際尺寸：通過(guò)測(cè)量獲得的尺寸。由于測(cè)量存在誤差，實(shí)際尺寸不一定等于基本尺寸。極限尺寸：允許尺寸變化的兩個(gè)界限值。較大的稱(chēng)為最大極限尺寸，較小的稱(chēng)為最小極限尺寸。例如，對(duì)于上述50mm的軸，若最大極限尺寸為50.025mm，最小極限尺寸為49.975mm。尺寸偏差：某一尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差。尺寸偏差可分為實(shí)際偏差和極限偏差。尺寸公差：允許尺寸的變動(dòng)量，等于最大極限尺寸減去最小極限尺寸，也等于上偏差減去下偏差。例如，該軸的尺寸公差為50.02549.975=0.05mm。極限偏差：極限尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差。上偏差是最大極限尺寸減基本尺寸所得的代數(shù)差，下偏差是最小極限尺寸減基本尺寸所得的代數(shù)差。例如，該軸的上偏差為50.02550=+0.025mm，下偏差為49.97550=0.025mm。零線(xiàn)：在公差帶圖中，確定偏差的一條基準(zhǔn)直線(xiàn)，通常表示基本尺寸。公差帶圖：用直觀的圖形表示尺寸公差的一種方法。它由零線(xiàn)、公差帶組成。公差帶的大小由公差確定，公差帶的位置由基本偏差確定。2.標(biāo)準(zhǔn)公差系列標(biāo)準(zhǔn)公差的定義和數(shù)值：標(biāo)準(zhǔn)公差是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的用以確定公差帶大小的任一公差。其數(shù)值由公差等級(jí)和基本尺寸決定。公差等級(jí)分為IT01、IT0、IT1～I(xiàn)T18共20級(jí)，IT01級(jí)精度最高，IT18級(jí)精度最低。例如，基本尺寸為50mm的軸，若公差等級(jí)為IT7，通過(guò)查閱標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值表，可得到其標(biāo)準(zhǔn)公差值為0.025mm。公差等級(jí)的劃分及應(yīng)用：公差等級(jí)的選擇應(yīng)根據(jù)零件的使用要求、加工成本等因素綜合考慮。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于精度要求高的零件，應(yīng)選用較高的公差等級(jí)；對(duì)于精度要求低的零件，可選用較低的公差等級(jí)。例如，機(jī)床主軸的尺寸公差等級(jí)一般為IT5～I(xiàn)T7，普通機(jī)械零件的尺寸公差等級(jí)一般為IT9～I(xiàn)T13。3.基本偏差系列基本偏差的定義和代號(hào)：基本偏差是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的用以確定公差帶相對(duì)于零線(xiàn)位置的上偏差或下偏差，一般為靠近零線(xiàn)的那個(gè)偏差。基本偏差的代號(hào)用拉丁字母表示，大寫(xiě)表示孔，小寫(xiě)表示軸。例如，軸的基本偏差代號(hào)有a、b、c、......、zc等。孔、軸基本偏差數(shù)值表的查閱：根據(jù)基本尺寸和基本偏差代號(hào)，可在基本偏差數(shù)值表中查得相應(yīng)的基本偏差值。例如，基本尺寸為50mm的軸，基本偏差代號(hào)為f，查得基本偏差值為0.025mm。4.配合的概念配合的定義、分類(lèi)：配合是指基本尺寸相同的、相互結(jié)合的孔和軸公差帶之間的關(guān)系。根據(jù)孔和軸公差帶的相對(duì)位置不同，配合可分為間隙配合、過(guò)盈配合和過(guò)渡配合。間隙配合：具有間隙（包括最小間隙等于零）的配合。此時(shí)，孔的公差帶在軸的公差帶之上。例如，孔的尺寸為φ50+0.0390，軸的尺寸為φ500.0250.050，孔的最小極限尺寸大于軸的最大極限尺寸，形成間隙配合。過(guò)盈配合：具有過(guò)盈（包括最小過(guò)盈等于零）的配合。此時(shí)，孔的公差帶在軸的公差帶之下。例如，孔的尺寸為φ5000.030，軸的尺寸為φ50+0.041+0.028，軸的最小極限尺寸大于孔的最大極限尺寸，形成過(guò)盈配合。過(guò)渡配合：可能具有間隙或過(guò)盈的配合。此時(shí)，孔的公差帶與軸的公差帶有部分重疊。例如，孔的尺寸為φ50+0.0210，軸的尺寸為φ50+0.033+0.020，孔與軸裝配后可能有間隙，也可能有過(guò)盈。配合公差的計(jì)算：配合公差等于相互配合的孔公差與軸公差之和。例如，上述間隙配合的配合公差為0.039+0.025=0.064mm。5.基準(zhǔn)制基孔制和基軸制的定義：基孔制：基本偏差為一定的孔的公差帶，與不同基本偏差的軸的公差帶形成各種配合的一種制度。基孔制中的孔稱(chēng)為基準(zhǔn)孔，其基本偏差代號(hào)為H，下偏差為零。基軸制：基本偏差為一定的軸的公差帶，與不同基本偏差的孔的公差帶形成各種配合的一種制度。基軸制中的軸稱(chēng)為基準(zhǔn)軸，其基本偏差代號(hào)為h，上偏差為零。基準(zhǔn)制的選擇原則：一般情況下，應(yīng)優(yōu)先選用基孔制。因?yàn)榧庸た妆燃庸ぽS困難，采用基孔制可以減少孔的刀具、量具的規(guī)格和數(shù)量。但在某些情況下，如農(nóng)業(yè)機(jī)械、紡織機(jī)械中，當(dāng)同一公稱(chēng)尺寸的軸上需要裝配幾個(gè)具有不同配合要求的零件時(shí)，應(yīng)采用基軸制。（三）形狀和位置公差1.形狀公差形狀公差的定義和項(xiàng)目：形狀公差是指單一實(shí)際要素的形狀所允許的變動(dòng)全量。其項(xiàng)目包括直線(xiàn)度、平面度、圓度、圓柱度等。直線(xiàn)度：限制實(shí)際直線(xiàn)對(duì)其理論直線(xiàn)變動(dòng)量的一項(xiàng)指標(biāo)。例如，機(jī)床導(dǎo)軌的直線(xiàn)度要求，若導(dǎo)軌直線(xiàn)度超差，會(huì)影響機(jī)床的加工精度。平面度：限制實(shí)際平面對(duì)其理論平面變動(dòng)量的一項(xiàng)指標(biāo)。例如，平板的平面度要求，平板平面度不好會(huì)影響工件的測(cè)量精度。圓度：限制實(shí)際圓對(duì)其理論圓變動(dòng)量的一項(xiàng)指標(biāo)。例如，圓柱零件的圓度要求，圓度誤差會(huì)影響零件的配合精度。圓柱度：圓柱面的形狀誤差由圓柱度綜合控制。它是圓柱面的圓度、素線(xiàn)直線(xiàn)度、軸線(xiàn)直線(xiàn)度等圓柱面的形狀誤差的綜合指標(biāo)。形狀公差帶的形狀、大小和方向：形狀公差帶的形狀取決于公差項(xiàng)目，大小由公差值確定，方向一般與被測(cè)要素的理想形狀有關(guān)。例如，直線(xiàn)度公差帶是距離為公差值t的兩平行直線(xiàn)之間的區(qū)域；平面度公差帶是距離為公差值t的兩平行平面之間的區(qū)域。2.位置公差位置公差的定義和項(xiàng)目：位置公差是關(guān)聯(lián)實(shí)際要素的位置對(duì)其理論位置的變動(dòng)全量。其項(xiàng)目包括定向公差、定位公差、跳動(dòng)公差。定向公差：關(guān)聯(lián)實(shí)際要素對(duì)基準(zhǔn)在方向上允許的變動(dòng)全量。包括平行度、垂直度、傾斜度等。例如，兩平行平面的平行度要求，平行度誤差會(huì)影響零件的裝配精度。定位公差：關(guān)聯(lián)實(shí)際要素對(duì)基準(zhǔn)在位置上允許的變動(dòng)全量。包括同軸度、對(duì)稱(chēng)度、位置度等。例如，孔系的位置度要求，位置度誤差會(huì)影響孔與其他零件的配合。跳動(dòng)公差：關(guān)聯(lián)實(shí)際要素繞基準(zhǔn)軸線(xiàn)回轉(zhuǎn)一周或連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)所允許的最大跳動(dòng)量。包括圓跳動(dòng)和全跳動(dòng)。例如，圓柱表面的圓跳動(dòng)要求，圓跳動(dòng)誤差會(huì)影響零件的旋轉(zhuǎn)精度。位置公差帶的形狀、大小、方向和位置：位置公差帶的形狀、大小、方向和位置取決于公差項(xiàng)目和基準(zhǔn)。例如，同軸度公差帶是直徑為公差值φt，且與基準(zhǔn)軸線(xiàn)同軸的圓柱面內(nèi)的區(qū)域；對(duì)稱(chēng)度公差帶是距離為公差值t，且相對(duì)基準(zhǔn)中心平面（或中心線(xiàn)、軸線(xiàn)）對(duì)稱(chēng)配置的兩平行平面之間的區(qū)域。3.公差原則獨(dú)立原則：圖樣上給定的每一個(gè)尺寸和形狀、位置要求均是獨(dú)立的，應(yīng)分別滿(mǎn)足要求。當(dāng)尺寸公差和形狀、位置公差相互無(wú)關(guān)時(shí)，采用獨(dú)立原則。例如，普通機(jī)械零件的尺寸公差和形狀、位置公差一般采用獨(dú)立原則。包容要求：實(shí)際要素應(yīng)遵守